核环境下的摩擦、磨损与润滑

理解核环境下材料的摩擦、磨损与润滑问题对建设商用第三代核反应堆、发展新型四代堆以及验证未来先进聚变核能系统至关重要.服役于核岛尤其是核反应堆一回路的机械部件及材料,不仅承受运动过程中循环应力及摩擦磨损,而且还要面对高温、腐蚀和辐射等极端环境,本文中针对反应堆中核环境下结构材料摩擦磨损问题,以及核环境下润滑材料特殊需求,总结了本领域研究进展及面临的挑战,并对推进及解决核环境下材料的摩擦、磨损与润滑研究提出了展望.     

微量第二润滑介质辅助的增强水润滑研究

研究了一种微量第二润滑介质辅助的增强水润滑方案. 在水润滑环境下,测量了丁腈橡胶块-不锈钢环接触入口区短时(10 s)注入微量乳化油(100 μL)时的摩擦力特性. 结果表明:在试验工况下短时注入微量乳化油降低了橡胶块磨损. 低速时,摩擦副处于混合润滑状态,短时注入的乳化油减摩效果明显;速度升高时,短时注入的乳化油使轴承特性系数增加,会引起摩擦力增加. 此外,在水环境下利用线接触光干涉技术揭示了乳化油以离水展着的方式形成承载润滑膜. 研究工作为应对短时恶劣工况下的水润滑失效提供新的思路,为水环境下微量乳化油的辅助润滑调控提供数据支持.      

弹流润滑与薄膜润滑转化关系的研究

采用ＮＧＹ－２型纳米级膜厚测量仪,研究了润滑膜厚度与各工况因素之间的关系,分析了薄膜润滑的机理,探讨了膜厚、速度、润滑油粘度等各因素对弹流润滑与薄膜润滑之间转化的影响,建立了转化临界膜厚值与润滑剂表观粘度的关系。     

润滑理论研究的进展与思考

全面阐述了润滑理论研究中关于各种润滑状态,包括流体润滑、边界润滑、弹流润滑、薄膜润滑以及混合润滑等的研究进展和存在的问题;并进而就今后的润滑理论研究提出了若干建议.     

润滑添加剂结构与性能的量子化学研究

用量子化学方法计算了 2种润滑添加剂和铁原子簇的分子轨道指数 ,运用轨道能量近似原则讨论了添加剂与铁原子簇的作用方式 ;以前线电子密度、超离域性指数和原子净电荷作为判据分析了 2种添加剂分子与铁原子簇间键合的强弱、反应性的大小等表征添加剂与金属作用强弱的参数 .研究表明 :3 - ( N,N-二丁基二硫代氨基甲酸基 )丙二酸与铁原子簇的相互作用强于 3 - ( N,N-二丁基二硫代氨基甲酸基 )丙酸与铁原子簇的相互作用 ;运用量子化学计算得到的预测结果与摩擦学试验结果具有良好的一致性     

钨酸铅高温润滑特性的研究

作者在对PbWO_4进行化学反应热力学计算的基础上,利用高温栓-盘式摩擦试验机、差热、X-射线衍射与能谱等多种手段,又对PbWO_4的高温润滑特性及其有关的摩擦化学现象进行了考察,指出PbWO_4具有良好的高温热安定性和摩擦-温度特性,而于500℃以上加热后可以发生少量的正方晶形向斜方晶形的转变;在高温下PbWO_4可以与摩擦偶件中的Ni、Fe元素的氧化物发生化学反应生成少量的NiWO_4、FeWO_4及PbO_1.44,这有利于提高PbWO_4膜与底材的结合强度。     

多沟槽水润滑橡胶合金轴承润滑特性研究

建立了考虑多沟槽润滑结构和实际工况边界条件的水润滑橡胶合金轴承弹流润滑数学模型,数值计算了有无沟槽以及沟槽半径对润滑性能的影响.计算结果表明：沟槽对水润滑橡胶合金轴承润滑性能影响显著,即在沟槽处膜厚较大,压力较低,而在承载区膜厚较小,压力较高,周向方向上压力分布不连续,并且在最小膜厚处轴向方向的入口和出口附近出现了两个压力峰值;水膜压力和最小膜厚均随沟槽半径的增大而减小;承载能力随偏心率增大而增大,随沟槽半径和过渡圆弧半径的增大而减小;摩擦系数随转速增大而略有增大,随沟槽半径的增大显著增加.     

不同结构含磷极压剂润滑行为研究

针对金属加工润滑中常用的三种不同结构的含磷极压剂,使用SRV研究了其摩擦系数随温度、摩擦条件的变化而变化的过程,并使用SEM和EDX对SRV试验件的磨斑进行了分析.结合其热失重分析结果说明,磷酸酯分子的反应活性和热稳定性决定其抗磨极压润滑性能.使用ERICHSEN金属板材成型试验机模拟评价不同添加剂的冲压性能,提出了高效应用三种不同结构含磷极压剂的方法.     

脂润滑弧齿锥齿轮热弹流润滑与效率研究

基于油动重载四旋翼无人机的特殊应用条件,研究了无人机齿轮箱内脂润滑弧齿锥齿轮的润滑状态及啮合效率.推导了适用于弧齿锥齿轮的脂润滑雷诺方程,采用计算油膜剪切力和微凸体接触摩擦力组成的复合摩擦系数代替摩擦系数经验公式的方法,研究了在无人机各种工况下的齿面润滑情况和啮合效率.结果表明,本研究中提出的考虑粗糙度的脂润滑雷诺方程能够很好预测文献中的试验结果;弧齿锥齿轮的齿面较为复杂,不能用油润滑的中心油膜厚度算法近似估计脂润滑弧齿锥齿轮整个齿面上的润滑状态;1个啮合周期内的齿面摩擦系数在节点处最大;低转速情况下,齿面将进入混合润滑状态;1个啮合周期内啮合效率的变化与啮合位置密切相关,在啮入点处效率最低;在转速不变的前提下,润滑脂黏度越高,效率损失越大.     

硫化菜籽油润滑添加剂的摩擦磨损性能研究

在菜籽油分子中引入硫,合成了一种新型环境友好润滑添加剂(SRO),并利用红外光谱仪对其主要官能团进行表征,通过四球摩擦磨损试验机考察SRO在菜籽油中的抗磨与极压性能,用X射线光电子能谱仪对其磨痕表面元素进行分析,探讨其极压抗磨作用机理.结果表明:硫化菜籽油润滑添加剂在菜籽油中具有优良的极压和抗磨减摩性能;其润滑作用机理为长链菜籽油分子的载体作用、硫的高反应活性以及二者协同作用,在摩擦金属表面形成高强度吸附膜和摩擦化学反应膜.     

规则凹坑表面形貌润滑研究

给出了一个研究规则凹坑对表面摩擦性能影响的三销环试验方案，考察了面接触下不同尺寸的规则凹坑对表面润滑性能的影响。结果表明，当规则凹坑表面尺寸适当时，其润滑效果比无规则凹坑表面有较大提高。实验分析表明，规则凹坑对表面摩擦学性能影响的主要因素为规则凹坑润滑所造成的真实接触面积与塑性接触面积的变化，因此在选择凹坑尺寸时，应使表面真实接触面积，尤其是粗糙峰塑性变形程度降低，此外，规则凹坑尺寸除了顶面积大小外，凹坑深度的优化非常重要。     

两性离子聚合物润滑的研究进展

两性离子聚合物是指高分子链上含有相同数量阴、阳离子的有机高分子材料,其因强亲水性和反聚电解质效应而在润滑方面得到广泛研究.一方面,两性离子聚合物可通过静电相互作用将润滑体系中的游离水吸附在材料表面,提高其润滑性能;另一方面,两性离子聚合物表面水合程度易受到润滑体系中盐离子类型和浓度影响,改变其润滑行为.本文中首先介绍摩擦过程中存在的润滑形式,然后总结并分析两性离子聚合物结构及典型两性离子聚合物(例如磺酸根阴离子型两性离子聚合物、磷酸根阴离子型两性离子聚合物和羧酸根阴离子型两性离子聚合物)的润滑行为和机理,最后阐述和展望两性离子聚合物在润滑方面的研究存在的问题和前景.     

石墨烯润滑添加剂合成与结构调控

石墨烯的微观结构在其摩擦学性能中起到重要作用,而微观结构又与其合成方法密切相关. 因此,梳理石墨烯的合成方法、微观结构调控策略、摩擦学性能以及润滑机理之间的关系对于开发高性能的石墨烯润滑添加剂具有重要意义. 本文作者从石墨烯润滑添加剂的合成与结构调控出发,综述了多种调控石墨烯微观结构的合成方法,归纳了石墨烯稳定分散的合成策略,阐述了石墨烯润滑添加剂的微观结构对其摩擦学性能的影响,探讨了石墨烯的微观结构演变与润滑机理,最后总结并指出石墨烯作为高性能润滑添加剂仍需研究的问题及未来的发展趋势.      

空间润滑谐波减速器失效机理研究

为研究空间环境下谐波减速器失效机理,并为其可靠性寿命试验提供理论基础,对空间润滑谐波减速器进行5 000 h真空寿命试验.结果表明:DLC薄膜与润滑脂(Braycote601)复合润滑的柔轮-刚轮齿面运转良好,Braycote601油脂单独润滑的柔轮内壁-柔性轴承外圈出现严重磨损.对其进行混合润滑数值分析,结果显示在3～150 r/min的转速范围内,该接触区域始终处于混合润滑状态并由此导致磨损产生,微凸体直接接触所负担的载荷比例随转速的增加而减小,随温度与载荷的增加而增大;低速运转时,温度与载荷对微凸体接触程度的影响效果明显,但随着转速的增大,温度与载荷的影响快速减弱.     

压电堆在结构振动隔离中的应用

利用压电材料的逆压电效应,压电堆可用于振动激励,也可用于振动隔离。本文推导了了压电堆的有限元控制方程,采用数值方法研究了压电堆的隔振作用。作为算例,分析了支架采用压电堆振后的振动特性,为改善支架的动态特性提供了理论指导。     

紫外辐照对MoS2/酚醛环氧树脂黏结固体润滑涂层摩擦学性能的影响

制备了MoS2/酚醛环氧树脂黏结固体润滑涂层,并采用紫外辐照装置进行辐照,考察了紫外辐照对涂层的表面形貌、化学组成以及摩擦学性能的影响.SEM观察发现辐照后涂层表面出现低分子碎片堆积,XPS分析发现辐照后涂层表面O的相对含量显著增加,而C含量明显降低,这说明紫外辐照导致了涂层表面的氧化降解,而氧化作用使得涂层表面的黏结剂发生部分降解.对固体润滑剂MoS2的分析表明,辐照导致MoS2发生部分氧化.辐照后涂层摩擦系数增大,耐磨性降低.     

薄膜润滑中的应力偶效应

利用应力偶理论计算了薄膜润滑的膜厚特性.计算结果表明:应力偶的作用相当于增加润滑剂粘度,其可以增加油膜厚度,提高承载能力;同时应力偶作用依赖于油膜尺寸,润滑油膜越低,其影响越明显.     

薄膜润滑中的微极流体效应

利用考虑微结构与微旋效应的微极流体理论来研究薄膜润滑的特性。微极效应将引起等效黏度的增加,从而影响油膜厚度。它对压力分布和膜厚形状的影响很小。数值模拟结果表明,等效黏度的增加效应与实验值有很好的类似性。     

点接触弹塑性流体动力润滑研究

建立了点接触混合润滑模型,根据下表面应力分布迭代求解出下表层的塑性应变,将下表面塑性应变等效转化为本征应变,结合半无限体内本征应变对弹性场的应力扰动解法求解残余应力,表面塑性变形根据本征应变采用半解析方法求解.计算结果表明:本混合润滑模型在塑性计算模块、弹塑性流体动力润滑计算均表现出了很好的准确性以及高效性;本模型能够模拟真实机加工粗糙表面下弹塑性混合润滑问题;能够模拟由全膜润滑、混合润滑、边界润滑以及干接触全工况下的润滑情况,当滚动速度逐渐减小时,平均油膜厚度逐渐减小,接触区由全膜润滑转变为混合润滑,最终演变干接触.     

润滑滑动摩擦表面变质层特性的研究

滑动摩擦表面形成变质层是工程应用中的一种常见现象，但对其成因、结构特征和摩擦学性能等的研究至今却还很少。因此，在３２号机械油润滑下，利用销－环式磨损试验机，对含碳量０．７５％的７０Ｓｉ２ＭｎＣｒ钢和偶件５２１００钢环对磨后的表面变质层进行了系统研究。结果表明，无论试样基体是马氏体组织还是奥氏体＋贝氏体混合组织，摩擦表层的形貌、相组成和成分等都有质的变化，明显发生了α－γ相变，形成稳定的摩擦奥氏体量